[精选]转炉炼钢工艺239573.pptx

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1、1第四节第四节 转炉炼钢造渣制度转炉炼钢造渣制度 造渣是炼钢的一项重要操作。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求。造渣对避免喷溅喷溅、减少金属损失金属损失和提高炉衬寿提高炉衬寿命命都有直接关系。炼钢就是炼渣炼钢就是炼渣。2转炉炼钢造渣制度一一.成渣过程成渣过程来源来源：渣料、金属元素氧化产物和脱磷、硫产物、炉衬等。1.炼钢对炉渣要求炼钢对炉渣要求转炉冶炼各期，都要求炉渣具有一定的：a.碱度碱度R；b.合适的氧化性氧化性(FeO)c.流动性流动性 ；d.适度泡沫化适度泡沫化。3炉渣的作用炉渣的作用：、脱磷、硫；、脱磷、硫；、保温、防止金属再氧化及吸气；、保温、防止金

2、属再氧化及吸气；、吸收上浮的夹杂物及反应产物；、吸收上浮的夹杂物及反应产物；、减少炉衬的蚀损。、减少炉衬的蚀损。主要成分是主要成分是：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS、FeS、MnS等。4液态炉渣主要来自铁水中Si、Mn、Fe的氧化物。希望炉渣具有较高的氧化性(FeO)，以促进石灰熔化，迅速提高炉渣碱度R。因前期C-O反应滞后，熔池搅拌较弱，温度偏低，渣中(FeO)积累。2.转炉成渣过程转炉成渣过程吹炼初期吹炼初期:5取样表明：初期渣的主要矿物为钙镁橄榄石初期渣的主要矿物为钙镁橄榄石m(Fe.Mn.Mg.Ca)SiO4和玻璃体和玻璃体(SiO2)铁与氧的亲

3、和力铁与氧的亲和力。但但在炼钢温度在炼钢温度(T:1400-1600)下，钢液中的磷下，钢液中的磷是不能被氧化去除的。是不能被氧化去除的。因为：因为：2P+5O=P2O5(g)G0=-177350+127.32T cal 02）脱磷反应）脱磷反应（游离态的磷很活泼，易与氧化合游离态的磷很活泼，易与氧化合。但自然界但自然界没有游没有游离态的磷，它是以矿物形式存在离态的磷，它是以矿物形式存在）。23但但当有碱性氧化物存在时当有碱性氧化物存在时，磷氧化形成的P2O5(g)就能与之结合为稳定的磷酸盐，可保留于渣中。这些磷酸盐是这些磷酸盐是：3FeO.P2O5、3MnO.P2O5、3MgO.P2O5、3

4、CaO.P2O5或或(4 CaO.P2O5)。在一般炼钢渣系下，在一般炼钢渣系下，3CaO.P2O5和和3Feo.P2O5数数量最多，是最主要脱磷产物。量最多，是最主要脱磷产物。24转炉炼钢造渣制度分子理论的脱磷反应式如下分子理论的脱磷反应式如下：（渣渣-金界面反应金界面反应）氧化脱磷5(Feo)=5Fe+5O2P+5O=(P2O5)(P2O5)+4(CaO)=(4 CaO.P2O5)+2P+5(FeO)+4(CaO)=(4 CaO.P2O5)+5Fe25离子理论的脱磷反应式为离子理论的脱磷反应式为：P+(O2-)+O=(PO43-)lgK=40067/T-15.06 其中：K=a(4 CaO

5、.P5O2)/%P2a5(Feo)a4(CaO)脱磷率：LP=(%P2O5)/%P2=K a5(Feo)a4(CaO)磷酸盐容量Cp=(P%)/aPaO2.5 表示渣的脱磷能力。（离子理论离子理论,p172）则：LP=(%P)/%P=Cp.aO2.5fp还原脱磷略。26转炉炼钢造渣制度3）脱磷条件）脱磷条件由上式可得到脱磷的热力学条件脱磷的热力学条件：a.提高提高a(Feo)和和a(CaO)对脱磷反应有利；对脱磷反应有利；（a(Feo)可通过加氧化铁皮、铁矿石或提高枪位来实现。a(CaO)可通过加石灰和熔剂，使R2.5）。b.降低降低(4CaO.P2O5)的活度，对脱磷反应有利；的活度，对脱磷

6、反应有利；（通过放渣及造新渣来实现）。27c.较低的温度对脱磷反应有利。较低的温度对脱磷反应有利。（1400-1500）冶炼初、中前期。因放热反应，温度升高不利于反应进行。脱磷的动力学条件：脱磷的动力学条件：加强搅拌（增大渣增大渣-金反应界面金反应界面），改善炉渣流动性等都有利脱磷反应的进行。282930转炉炼钢造渣制度问题：问题：分析转炉炼钢冶炼过程初、中、末期炉渣的变化与脱分析转炉炼钢冶炼过程初、中、末期炉渣的变化与脱磷的关系。磷的关系。初初：T低，(Feo)高，R低；中中：T升高，(Feo)低，R升高；末末：T升高，(Feo)高，R升高。结论结论：顶吹氧气转炉炼钢脱磷的最佳时期为顶吹氧气

7、转炉炼钢脱磷的最佳时期为：冶炼的初期和脱碳前期冶炼的初期和脱碳前期。31转炉炼钢造渣制度4）.“回磷回磷”问题问题在脱氧、合金化及浇注过程中，由于T升高，(Feo)低，R低低（脱氧剂Fe-Si的产物 SiO2），渣中的磷可被还原，又进入钢液中的现象称为“回磷回磷”。防止防止“回磷回磷”的办法：的办法：应尽可能不在炉内进行脱氧、合金化，设法使炉渣不应尽可能不在炉内进行脱氧、合金化，设法使炉渣不进入钢包。进入钢包。采取铁水炉外脱磷及保护浇铸等措施采取铁水炉外脱磷及保护浇铸等措施。32转炉炼钢造渣制度5）铁水炉外脱磷的条件）铁水炉外脱磷的条件a.首先要脱首先要脱Si使其低于使其低于0.2%（依据：氧

8、势图）（依据：氧势图）;b.T低（低（1300-1400），对脱磷反应有利），对脱磷反应有利;c.设备简单，操作方便设备简单，操作方便。（可在出铁沟中或在鱼雷罐车中进行。通过吹O2或加烧结矿、铁精矿粉等）;d.可减轻转炉负担，实现少渣或无渣操作，提高钢的品种和质量。目前，最佳的铁水炉外脱磷器是转炉。最佳的铁水炉外脱磷器是转炉。脱磷剂多以Ca系为主。33传统钢铁流程传统钢铁流程34多功能RHC3.5%0.04%P=0.11%S0.005%T=1350S0.005%T=13000.004%P0.005%P0.01%0.065%0.001%P0.003%T=1650新流程新流程352.转炉炼钢的脱硫

9、转炉炼钢的脱硫1）硫在钢中的存在形式及其对钢性能的影响）硫在钢中的存在形式及其对钢性能的影响从Fe-S二元系相图可知，硫能溶解于液态铁中形成无硫能溶解于液态铁中形成无限溶液。限溶液。钢铁中的含量约为：0.001-0.1%。硫在液态纯铁中，究竟以何种状态存在？硫在液态纯铁中，究竟以何种状态存在？到目前为止还不能完全确定。多数观点认为它以多数观点认为它以FeS的形式存在，少数的形式存在，少数MnS。硫在铁中的溶解热较高，扩散系数较小。硫在铁中的溶解热较高，扩散系数较小。3637转炉炼钢造渣制度硫的影响很多，是炼钢的杂质元素，希望它的含量越少越好。“热脆热脆”是一种断裂现象。是一种断裂现象。指钢中的

10、指钢中的FeS-FeO形成低熔点（形成低熔点（940）共晶物）共晶物，轧，轧制时的加热温度是制时的加热温度是1100，轧制时钢中的，轧制时钢中的FeS-FeO变为液态，该处就是断裂区。变为液态，该处就是断裂区。此外，硫对钢的机械、焊接和切削性能都有影响。钢中的硫化夹杂物会引起“坑蚀坑蚀”、疲劳断裂疲劳断裂等现象。38392）脱硫反应）脱硫反应转炉炼钢的脱硫分为转炉炼钢的脱硫分为:气态脱硫气态脱硫和炉渣脱硫炉渣脱硫。气态脱硫气态脱硫：是转炉炼钢整个脱硫过程中的一个组成部分，占10%左右。其分子理论反应式为：S+O2=SO2 或或FeS+O2=SO2+Fe气态脱硫的条件是气态脱硫的条件是：要具有一

11、定氧势，氧气转炉炼钢的一次反应区具有较高的氧浓度，故具备此条件。（由炉气成分的检测结果可证实）40炉渣脱硫炉渣脱硫：（渣-金界面反应）占转炉炼钢整个脱硫占转炉炼钢整个脱硫过程中的过程中的90%左右。左右。其分子理论反应式为分子理论反应式为：S+（CaO）=（CaS）+O 或或 FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO）属弱吸热反应，属弱吸热反应，K=a（CaS）aO/aSa（CaO）式中式中aO=f0%O；aS=fs%S。离子式为离子式为：S+（O2-）=（S2-）+OK=aS2-aO/aO2-aS脱硫率脱硫率LS=（%S）/%S=Kfsa（CaO）/f0%Op17541转炉炼钢造渣制度3）脱

12、硫条件）脱硫条件由上式可知，脱硫的热力学条件为脱硫的热力学条件为：a.增加（增加（CaO），即：提高），即：提高R，对脱硫反应有利；，对脱硫反应有利；b.降低（降低（FeO）、（）、（CaS）（放渣），对脱硫反应）（放渣），对脱硫反应有利；有利；c.提高提高T（1550-1600后），对脱硫反应有利。后），对脱硫反应有利。脱硫的动力学条件为：脱硫的动力学条件为：加强搅拌，增大渣加强搅拌，增大渣-金反应界面，对脱硫反应有利。金反应界面，对脱硫反应有利。42问题问题：分析转炉炼钢冶炼过程初、中、末期炉渣的变化与脱硫的关系。初初：T低，(Feo)高，R低；中中：T升高，(Feo)低，R升高；末末：T

13、升高，(Feo)高，R升高。结论结论：顶吹氧气转炉炼钢炉渣所具有的高氧化性，对脱硫是不顶吹氧气转炉炼钢炉渣所具有的高氧化性，对脱硫是不利的，但它具有的良好动力学条件和高利的，但它具有的良好动力学条件和高R，使其脱硫，使其脱硫的较好时期为：的较好时期为：冶炼的中、后期。冶炼的中、后期。脱硫率脱硫率LS可达可达40%左右。左右。434）铁水预脱硫的条件）铁水预脱硫的条件a.铁水中的铁水中的C、Si、Mn含量较高，这些元素有含量较高，这些元素有利提高利提高fs，从而使脱硫率，从而使脱硫率LS提高；提高；同时，可使脱硫剂（Ca系、Na系、纯金属Mg及稀土）的利用率提高。b.铁水中的铁水中的O 含量较低

14、（氧势低），对脱硫反应有含量较低（氧势低），对脱硫反应有利。利。c.设备简单，操作方便。（可在出铁沟中或在鱼雷设备简单，操作方便。（可在出铁沟中或在鱼雷罐车、铁水罐中进行）罐车、铁水罐中进行）。44转炉炼钢造渣制度d.可减轻高炉负担，降低焦比（高炉的还原性气氛对可减轻高炉负担，降低焦比（高炉的还原性气氛对脱硫反应有利，但脱硫还需增加脱硫反应有利，但脱硫还需增加R即：加石灰。石即：加石灰。石灰或石灰石的吸热，使高炉的焦比增加，代价太大）灰或石灰石的吸热，使高炉的焦比增加，代价太大）。e.可减轻转炉负担，实现少渣或无渣操作，提高钢的可减轻转炉负担，实现少渣或无渣操作，提高钢的品种和质量。品种和质量

15、。*避免避免“回硫回硫”3.铁水同时脱磷、脱硫的原理铁水同时脱磷、脱硫的原理 视体系氧势而定，一般是氧化脱磷、还原脱硫，选择Ca系渣较多。（也有同时还原脱磷、脱硫）45转炉炼钢造渣制度分析分析:根据电中性原理根据电中性原理,在渣在渣-金界面上发生的电化学反应必然金界面上发生的电化学反应必然是同时进行阳极反应和阴极反应是同时进行阳极反应和阴极反应.在LD氧化精炼的条件下:阳极反应为脱磷阳极反应为脱磷:P阴极反应为脱硫阴极反应为脱硫:可见同时脱磷、脱硫是可能的.但要注意的是:在氧化条件下脱硫在氧化条件下脱硫,必须选择脱硫能力强必须选择脱硫能力强的碱性渣剂的碱性渣剂.465、深度脱硫、深度脱硫金属M

16、g，Ca的脱硫 Mg(g)+S=(MgS)(s)Ca(l)+S=(CaS)(s)Ca(g)+(S)=(CaS)(s)注意：注意：当用金属脱硫剂时，其脱硫反应为放热过程，当用金属脱硫剂时，其脱硫反应为放热过程，因此为强化脱硫宜低温操作。因此为强化脱硫宜低温操作。47五、吹损与喷溅五、吹损与喷溅 在转炉吹炼过程中，出钢量总是比装入量少，这些在转炉吹炼过程中，出钢量总是比装入量少，这些吹炼过程中损失的金属量叫做吹损。吹炼过程中损失的金属量叫做吹损。吹损吹损=（装入量（装入量-出钢量）出钢量）/装入量装入量100%吹损由化学损失、烟尘损失、渣中铁珠和氧化铁损吹损由化学损失、烟尘损失、渣中铁珠和氧化铁损

17、失、喷溅损失等几部分组成。失、喷溅损失等几部分组成。(1)(1)化学损失化学损失将铁水和废钢吹炼成钢水，需去除碳、磷、硫，而将铁水和废钢吹炼成钢水，需去除碳、磷、硫，而硅和锰也会发生氧化。硅和锰也会发生氧化。(2)(2)烟尘损失。烟尘损失。吹炼过程中氧枪中心区的铁被氧化，生成红棕色烟吹炼过程中氧枪中心区的铁被氧化，生成红棕色烟尘随炉气排出而损失，尘随炉气排出而损失，烟尘损失一般为金属装入烟尘损失一般为金属装入量的量的0.8%0.8%1.3%1.3%。48(3)渣中氧化铁损失渣中氧化铁损失炉渣中含有氧化铁，除渣时倒出造成铁损失。炉渣中含有氧化铁，除渣时倒出造成铁损失。(4)渣中铁珠损失渣中铁珠损

18、失转炉渣中，有一部分金属液滴悬浮于炉渣中形成铁转炉渣中，有一部分金属液滴悬浮于炉渣中形成铁珠，倒渣时随渣倒珠，倒渣时随渣倒 出造成铁损。出造成铁损。(5)喷溅损失喷溅损失转炉吹炼中，若操作控制不当将会产生喷溅，有可转炉吹炼中，若操作控制不当将会产生喷溅，有可能使部分金属随炉渣起喷出炉外，造成金属损失。能使部分金属随炉渣起喷出炉外，造成金属损失。喷溅量随原料条件和操作水平高低而变，一般约占喷溅量随原料条件和操作水平高低而变，一般约占装入量的装入量的 0.5%2.5%。49喷溅喷溅是顶吹转炉操作过程中经常见到的一种现象。是顶吹转炉操作过程中经常见到的一种现象。喷溅的类型有爆发性喷溅、泡沫性喷溅喷溅

19、的类型有爆发性喷溅、泡沫性喷溅 和金属喷溅。和金属喷溅。爆发性喷溅爆发性喷溅 熔池内碳氧反应不均衡发展，瞬时产生大量的熔池内碳氧反应不均衡发展，瞬时产生大量的co气体。气体。这是发生爆发这是发生爆发 性喷溅的根本原因。性喷溅的根本原因。泡沫性喷溅泡沫性喷溅 在铁水在铁水Si、P含量高，渣中含量高，渣中Si02、P205含量较高，渣量含量较高，渣量大时，再加上熔渣内大时，再加上熔渣内TFe较高，熔渣表面张力降低，较高，熔渣表面张力降低，熔渣泡沫太多，阻碍着熔渣泡沫太多，阻碍着co气体通畅排出，使渣层厚气体通畅排出，使渣层厚度增度增 加，严重时能够上涨到炉口。加，严重时能够上涨到炉口。50金属喷溅

20、金属喷溅 渣中渣中TFe过低，熔渣流动性不好，氧气流直接接触过低，熔渣流动性不好，氧气流直接接触金属液面，由于碳氧反金属液面，由于碳氧反 应生成的应生成的co气体排出时，气体排出时，带动金属液滴飞出炉外，形成金属喷溅。带动金属液滴飞出炉外，形成金属喷溅。飞溅的金属液滴粘附于氧飞溅的金属液滴粘附于氧 枪喷嘴上，严重恶化了氧枪喷嘴上，严重恶化了氧枪喷嘴的冷却条件，导致喷嘴损坏。枪喷嘴的冷却条件，导致喷嘴损坏。金属喷溅又称为返干性喷溅。金属喷溅又称为返干性喷溅。51思考题：1.在在LD炼钢过程中，炉渣是如何变化和形成的？炼钢过程中，炉渣是如何变化和形成的？2.为什么要使用活性石灰（用石灰熔化机理进行为什么要使用活性石灰（用石灰熔化机理进行分析）？成渣速度对冶炼有何影响？分析）？成渣速度对冶炼有何影响？3.在在LD炼钢过程中脱磷、脱硫有何特点和条件？炼钢过程中脱磷、脱硫有何特点和条件？4.为何要进行铁水预处理（三脱）？分析其优势。为何要进行铁水预处理（三脱）？分析其优势。5.重要概念重要概念:炉渣炉渣“返干返干”、“回磷回磷”、活性石、活性石灰、喷溅灰、喷溅演讲完毕，谢谢观看！